Molte stelle nascono all’interno di vaste nubi di gas e polvere nello spazio. Quando parti di queste nubi collassano per effetto della gravità, creano regioni dense note come nuclei di nubi molecolari, dove iniziano a formarsi nuove stelle.
La formazione stellare avviene spesso in gruppi piuttosto che in isolamento. In alcuni casi, due stelle neonate si legano gravitazionalmente, creando quello che gli astronomi chiamano un sistema binario. Le osservazioni indicano che molti di questi sistemi si formano molto presto, prima che le stelle stesse si siano completamente sviluppate. Tuttavia, i ricercatori si sono a lungo interrogati su come due protostelle in crescita possano avvicinarsi a sufficienza da formare una coppia binaria in un periodo di tempo così breve.
Le simulazioni rivelano l’importanza dei campi magnetici
Per indagare su questo mistero, i ricercatori hanno effettuato simulazioni avanzate utilizzando diversi supercomputer, tra cui il sistema ATERUI III dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone e il suo predecessore, ATERUI II.
I risultati hanno dimostrato che i campi magnetici che si propagano attraverso il gas circostante possono contribuire ad avvicinare le protostelle. Le interazioni tra il campo magnetico e il gas rimuovono il momento angolare dalla coppia, permettendo ai due oggetti di spiraleggiare verso l’interno e formare un sistema binario entro una scala temporale realistica.
Le simulazioni hanno anche evidenziato quanto siano importanti i campi magnetici per il processo. In una prova che escludeva completamente i campi magnetici, le protostelle si sono allontanate l’una dall’altra anziché avvicinarsi.
Possibili implicazioni per le fusioni di buchi neri
I ricercatori hanno scoperto che un meccanismo simile potrebbe operare in sistemi molto più grandi. Anche i massicci buchi neri binari situati nei centri ricchi di gas delle galassie di recente formazione potrebbero perdere momento angolare attraverso interazioni che coinvolgono campi magnetici.
Un processo di questo tipo potrebbe contribuire a spiegare come coppie di buchi neri giganti si avvicinino a sufficienza da fondersi. Si ritiene che queste fusioni rappresentino una fase importante nella formazione dei buchi neri supermassicci in seguito alla collisione e alla fusione delle galassie.
Simulare direttamente l’evoluzione a lungo termine di sistemi binari di buchi neri massicci rimane computazionalmente difficile a causa delle enormi scale temporali coinvolte. Di conseguenza, i ricercatori affermano che saranno necessari ulteriori studi per determinare appieno come i campi magnetici influenzino il comportamento e la fusione di questi oggetti estremi.
Abstract
Il decadimento orbitale dei sistemi binari è un processo critico per comprendere l’evoluzione dei buchi neri binari massicci (MBBH) e la formazione stellare binaria. Eseguendo simulazioni magnetoidrodinamiche tridimensionali ad alta risoluzione, studiamo un sistema binario che accresce gas da un inviluppo in caduta analogo al collasso dei nuclei delle nubi molecolari nel contesto della formazione stellare binaria. Le nostre simulazioni rivelano la presenza di deflussi/getti lanciati sia dai dischi circumstellari (mini) che dal disco circumbinario (CBD). L’instabilità magneto-rotazionale è eccitata anche all’interno del CBD. Questi processi magnetici trasportano in modo efficiente il momento angolare nel gas che circonda il binario e quindi guidano il decadimento orbitale, mentre un modello puramente idrodinamico mostra un’espansione orbitale. Il tasso di decadimento raggiunge per periodo orbitale, a seconda dell’intensità iniziale del campo magnetico. Scalando opportunamente questi risultati numerici, proponiamo un nuovo meccanismo per le fusioni di buchi neri supermassicci entro un tempo di Hubble, superando i colli di bottiglia incontrati a separazioni prossime alle scale finali del parsec. Inoltre, presentiamo uno scenario di formazione per sistemi di stelle binarie gemelle strette, sottolineando il ruolo significativo dei processi magnetici nel guidare l’evoluzione orbitale in vari sistemi astrofisici.
Materiale fornito dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Tomoaki Matsumoto, Kenta Hotokezaka, Kohei Inayoshi. Magnetic-field-induced inspiral of binaries with circumbinary disc: black hole and protostellar systems. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; 548 (2) DOI: 10.1093/mnras/stag669
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